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现代煤炭转化与煤化工新技术新工艺实用全书.pdf

现代煤炭转化与煤化工新技术新工艺实用全书

风中的芦苇2010_6bf
2009-08-24 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《现代煤炭转化与煤化工新技术新工艺实用全书pdf》,可适用于工程科技领域

现代煤炭转化与煤化工新技术新工艺实用全书主 编 廖汉湘安徽文化音像出版社前  言煤炭作为重要的能源和化工原料随着人类物质文明的发展日益重要。尤其对于有非常丰富煤炭资源的中国更好地开发和利用煤炭资源有着重要的战略意义。目前我国的煤炭转化与煤化工事业进入一个新的发展时期特别是在煤炭产地一批新的煤化工项目开始起步老企业正以现代新技术改造传统落后的生产装置以油为原料的大、中型合成氨厂开始进行煤代油的技术改造。正是在此情况下我们组织煤炭转化及煤化工领域的专家、学者和实际工作者共同努力精心编撰了本书。本书共分篇对煤炭洗选、加工、燃烧、焦化、气化、直接液化、间接液化、转化后的产品及其利用技术、方法、工艺流程、工艺条件、主要设备等做了详细介绍并全面反映了世纪国际煤化工的现代技术水平:如气化技术中流化床水煤浆加压气化、粉煤加压气化、流化床的灰熔聚炉气化技术、煤的地下气化技术焦化中焦油煤化工产品的分离与提取技术煤的直接与间接液化技术等技术先进方法全面。除此之外本书还对煤的综合利用技术如燃煤气化联合循环发电、燃料电池、碳素材、由合成气制取氨、甲醇、二甲醚、低碳醇和羟基合成多种化工产品等均作了详细介绍。在本书的编写过程中参考了国内外已有的相关文献并得到了许多方面的关心和支持同时也受益于学术同仁提出的很多中肯的意见我们在此一并表示诚挚的谢意。需要说明的是本书虽经多方面努力但由于编者水平有限缺点和错误在所难免敬请本领域内的专家和广大读者批评指正以便再版时修订完善。编 者年月第一篇现代煤炭转化与煤化工总论第一章 煤的组成和性质第一节 成煤作用煤是植物遗体经过复杂的生物、地球化学、物理化学作用转变而成的。从植物死亡、堆积到转变为煤经过了一系列的演化过程这个过程称为成煤作用。成煤作用大致可分为两个阶段。第一阶段是植物在泥炭沼泽中不断繁衍其遗体在微生物参加下不断分解、化合、聚集的过程。在这个过程中起主导作用的是生物地球化学作用在这个作用下低等生物形成腐泥高等植物形成泥炭。因此可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。当泥炭和腐泥由于地壳下沉等原因被上覆沉积物掩埋时就转入第二阶段煤化作用阶段即泥炭、腐泥在以温度和压力起主导作用下转变为煤的过程。这个阶段包括成岩作用和变质作用起主导作用的是物理化学作用。泥炭先变成褐煤(成岩阶段)再由褐煤变成烟煤(变质阶段)。一、成煤原始物质成煤原始物质主要是植物植物界可分为低等植物和高等植物两大类。属于低等植物的有菌类和藻类属于高等植物的有苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物。植物的有机组分主要由以下四种有机化合物组成:碳水化合物包括纤维素、半纤维素和果胶等木质素蛋白质和脂类化合物包括脂肪、蜡质和树脂、胶质、木栓质、孢粉质等各类植物的有机组成不同同一种植物各部分的有机组成也不一样见表-。成煤原始物质是影响煤质的重要因素之一。原始物质组成不同的煤性质也会不一样如成煤植物主要是植物的根、茎等木质纤维组织则煤的氢含量就比较低如果是由含脂类化合物多的角质膜、木栓层、树脂、孢粉所形成的煤则其氢含量高见表-若由藻类形成的煤其氢含量就更高。根据成煤植物、成因、化学性质和岩石组成的不同可划分出以高等植物为主形成的腐植煤和以低等植物为主形成的腐泥煤。自然界腐泥煤很少见而工业开采的绝大多数是腐植煤因此以下研究的均指腐植煤。第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论wwwbzfxwcom表- 植物的主要有机组成/%(质量分数)植物及其不同部分碳水化合物木质素蛋白质脂类化合物细菌~~~绿藻~~~苔藓~~~蕨类~~~~草类~~~~松柏及阔叶树~~~~木本植物的不同部分木质部~~~叶~木栓~孢粉质原生质表- 成煤植物各种物质的元素成分/%(质量分数)及各种物质成煤植物元素组成CHON及各种物质成煤植物元素组成CHON浮游生物....脂肪...细菌....蜡质...陆生植物....角质...纤维素...树脂...木质素...孢粉质...蛋白质...鞣质...二、泥炭的形成高等植物能大量繁殖、堆积并转变为泥炭的地方是泥炭沼泽。泥炭沼泽的形成和发育是地质、地貌、气候、水文、土壤、植物多种自然因素综合作用的结果。不论是内陆地区还是近海地区都能形成泥炭沼泽。形成泥炭沼泽的植物可以是草本的也可以是木本第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论的。不同地理条件下形成的泥炭沼泽和泥炭各有不同的特点。高等植物死亡后变成泥炭的生物化学过程称为泥炭化作用。近代研究资料表明植物所有的有机组分和泥炭中的微生物都参加了成煤作用而且各种组分对于形成泥炭与泥炭转变为煤都有影响在不同程度上决定着煤的性质。一般认为泥炭化过程的生物化学作用大致分为两个阶段:第一阶段植物遗体中的有机化合物经过氧化分解和水解作用转化为简单化学活性活泼的化合物第二阶段分解产物进一步合成为新的化合物如腐殖酸沥青等。这两个阶段不是截然分开的在植物分解不久时合成作用也就开始了。植物变成泥炭后植物中含有的蛋白质在泥炭中消失了木质素、纤维素等在泥炭中很少而产生了植物中没有的大量腐殖酸。元素组成中泥炭的碳含量比植物增高氮含量有所增加而氧含量减少。说明泥炭化过程中植物的各种有机组分发生了复杂的变化。泥炭的有机组成主要包括以下几个部分。①腐殖酸它是泥炭中最主要的成分。腐殖酸是高分子羟基芳香羧酸所组成的复杂化合物具有酸性溶于碱溶液而呈褐色是一种无定形的高分子胶体能吸水而膨胀。②沥青质可由合成作用形成也可由树脂、蜡质孢粉质等转化而来溶于一般的有机溶剂。③未分解或未完全分解的纤维素、半纤维素、果胶质和木质素。④变化不多的稳定组分如角质膜、树脂、孢粉等。泥炭沼泽分内陆泥炭沼泽和近海泥炭沼泽。泥炭沼泽的聚积环境对泥炭的成分和性质以至煤的成分和性质有很大的影响。滨海沼泽常受海水淹没含盐、含硫量高其介质为弱碱性十分有利于硫酸盐还原细菌和许多微生物的活动。在这样的环境下不但生长的植物含硫量高还有较多的藻类等低等生物加入到泥炭中。在海水介质、厌氧环境、微生物、原始成煤植物等因素的综合影响下使得滨海沼泽比内陆沼泽泥炭形成的煤层不但含硫量较高而且在低中煤化阶段煤的氢含量较高、黏结性较好。三、煤化作用泥炭经过褐煤、烟煤的各种煤级直到无烟煤、超级无烟煤的发展叫煤化作用。温度、压力和时间是促使煤变化的因素其中温度是主要因素。在煤化过程中静压力和构造压力是不可缺少的因素但只是次要因素。压力促进煤的物理结构变化。如静压力使煤压实、孔隙率降低、水分减少和相对密度增加促使芳香稠环平行层面但不能使煤起化学变化。煤在较高温度下持续的时间越长煤化程度越高。既然煤化程度是煤受热及其受热时间的常数那么在较低温度下长时间受热和在较高温度下短时间受热都有可能得到同样煤化程度的煤。成岩作用、煤化作用与变质作用的相互关系见表-。.早期煤化作用阶段泥炭从被埋藏之时起即进入早期煤化作用阶段。随着煤化程度的加深泥炭有机质的化学组成及化学结构发生了规律的变化。泥炭演化的总趋势是全水分Mtar含量、H/C原子比、O/C原子比、纤维素含量等都减少而发热量与挥发分之比Qdafgrv/daf、第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论wwwbzfxwcom芳碳率、黄腐酸转化率、热解最高峰值Tmax、双环芳烃含量等都明显增大。在宏观岩石学特征上表现为固结程度增强颜色变深出现微弱“光泽”及草本植物残体不可辨认。根据这些特征国内某些研究者先后提出将泥炭的煤化作用由浅到深划分为泥炭号和泥炭号阶段。与化学指标相比泥炭显微光学物理性质在早期煤化阶段的演化似乎更为明显和规律除了腐植组随机反射率渐增大外孢粉体的荧光特征变化尤为显著。早期泥炭阶段成煤植物种属及成炭微环境对有机地球化学特征的影响很大。进入软褐煤阶段后主要由地温引起的煤化作用对有机质演化占了主导地位。表- 成煤作用的阶段划分从泥炭向褐煤转化的早期煤化作用是有机质分解作用和合成缩聚平行发展的过程。分解作用主要表现是泥炭中纤维素和木质素含量相对富集主要发生在埋藏泥炭的初期阶段是微生物参与下的生物化学煤化作用的结果合成缩聚作用在早期煤化作用过程中起主要作用是一种地球化学煤化作用过程主要表现在个方面:有机质中非芳烃组分减少和芳香化合物增加有机质中大分子缩合物增多芳香族化合物的缩合程度增高。.烟煤的煤化作用跃变在煤化作用过程中煤的分子结构、化学组成、物理性质以及工艺性质都会发生一系列规律性的变化。在煤化作用过程中有渐变也有突变从烟煤向无烟煤演化有次显著的跃变。第一次跃变发生在长焰煤开始阶段(Cdaff%~%Vdaf%Romax.%)其特点是沥青化作用发生并进入最明显阶段与石油开始形成阶段相当煤的分子结构、芳香稠环进一步缩合反射率随之增高。第二次跃变出现在肥煤焦煤阶段(Cdaf%Vdaf%Romax.%)第二次煤化跃变是由于煤中甲烷大量逸出释放出大量氢造成的。但这一阶段开始时却因为富氢的侧联合键的大量聚集使煤的密度下降到最小值。由于在煤化过程中上覆压力不断增大煤的显微孔隙度随之不断减小水分减少。到焦煤阶段(Cdaf%Vdaf%Romax.%)腐植凝胶基本上完成了脱水作用水分和孔隙度都达到了最低值而发热量升高到最大值。这些是与镜质组的硬度、密度以及炼焦时可塑性最大值是一致的。随后因化学结构的变化水分含量又有所回升。此外在第二次煤化跃变中出现最大第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论值的尚有耐磨性、流动度、黏结性、内生裂隙数目等最小值还有内表面积、润湿热等。表示这一系列物理化学性质的曲线在出现最大值或最小值处转换了方向因此第二次煤化作用又叫煤化作用转折。当第二次煤化跃变开始后壳质组的颜色、突起和反射率与镜质组越来越接近。及至Vdaf为%无论是用化学还是用光学方法都不能使孢子体和花粉体同镜质组分开角质体也是类似情况其反射率甚至比镜质组还高。壳质组从Vdaf为%到%这一阶段的明显变化也称为“煤化台阶”。第三次煤化跃变发生在烟煤与无烟煤的分界附近(Cdaf%Vdaf%Romax.%)。第四次煤化跃变出现在无烟煤与超无烟煤的交界附近(Cdaf.%Vdaf%Romax.%)。由于在前阶段特别是无烟煤阶段释放出大量甲烷因此无烟煤阶段也以氢含量和H/C比的迅速降低为特征甲烷大量释放的同时芳香稠环增高缩合程度反射率迅速增高。在超无烟煤阶段芳香稠环在上覆压力不断增高的条件下顺层面的排列更加规则化镜质组的反射率甚至大于丝质体光学异向性明显增强因此超无烟煤阶段又以反射率和光学异向性的急剧增强为特征。.煤变质作用类型在中国大地构造发展过程中不同聚煤区、不同地质背景不同影响煤变质的主导因素也不相同导致在一定地区出现相应的煤变质作用类型已发现的有以下几种。()深成变质作用 是指煤层由于沉降而埋藏于地下深处主要由于正常古地热场的影响以及地温梯度的存在所造成的煤变质作用。由于其影响范围广泛又称区域变质作用。()岩浆热变质作用 是岩浆作用所产生的地热异常引起的煤受岩浆热变质作用影响后具有一定特征其化学工艺性质表现为肥煤阶段前其主要化学指标与深成变质煤相似进入肥煤(别是焦煤、瘦煤、贫煤)后煤质变化比较明显。()接触变质作用 当岩浆侵入和贯穿含煤岩系或直接与煤层接触时岩浆的高温与压力作用导致接触带附近的煤发生的变质作用。受接触变质影响的煤常丧失黏结性和结焦性挥发分、水分及发热量降低碳酸盐矿物含量增高气孔结构发育。()热液变质作用 地下深处由于岩浆活动而使岩浆内派生的气液物质向围岩渗流或由于地下水热液沿断裂带上升对流而形成地热系统从而将汽水热液物质携带至浅部释放热量造成地热异常并促使煤发生变质的作用。含煤岩系岩石普遍出现蚀变和矿化现象是热液变质的重要标志之一。()燃烧变质作用 在地史时期煤层自燃经过长期热效应的积累形成高强度地热异常并引起煤变质的作用。中国西北地区煤层自燃范围广、时间长新疆、甘肃、宁夏、山西等省均有煤层自燃现象。()构造动力变质作用 主要指由于地壳运动的影响致使岩石受到强烈的挤压、剪切或由于强大压力长期作用致使内外摩擦持续积累的热或者由构造动能不断转换第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论wwwbzfxwcom为构造热能从而使煤发生变化的一种变质作用。经受构造变质的煤其挥发分减少反射率值(Romax)增大H/C比值明显降低。据X衍射分析受动力变质影响的煤与非动力变质煤相比煤的分子结构中涡层状芳香叠片的间距d与叠片直径La相差无几而叠片高度Lc值明显偏大叠片间距中的d值要小得多。第二节 煤岩学基础煤是一种固体可燃有机岩由于自然界成煤物质的不同及聚积环境的多样化和各自不同的煤化途径其岩石组成比较复杂。用肉眼观察时可以看出煤大多数是不均一的通常可分出不同的煤岩成分和煤岩类型在显微镜下更可以揭示煤组成的细节进一步区分出各种显微组分和显微煤岩类型。不同煤层由于成煤原始物质及聚积环境不同其岩石组成也不一样。在煤化过程中各种煤岩成分又进一步发生了深刻的变化。所以应用煤岩学方法确定煤的煤岩组成、煤化特征等特征是评价煤的性质和用途的重要依据是解决实际问题的重要基础。一、煤的宏观特征.煤的宏观组成国内外对腐植煤的宏观组成分类方案很多。就级别而论一种是一级分类系统即把煤只划分出煤岩成分和宏观类型另一种是两级分类系统即把煤先分出煤岩成分再根据其组合特征划分出煤色宏观类型。中国国家标准采用两级分类系统。()烟煤的煤岩成分 煤岩成分是指肉眼可区分的基本组成单元亦称煤岩组分。在条带状烟煤中有镜煤、亮煤、暗煤和丝炭种煤岩成分。其中镜煤和丝炭是简单的煤岩成分亮煤和暗煤是复杂的煤岩成分。镜煤是煤中颜色最黑、光泽最亮的成分质地均匀具有贝壳状断口以垂直于条带的内生裂隙发育为特征。内生裂隙面常呈眼球状优势裂隙面上常有方解石或黄铁矿薄膜。镜煤性脆易破碎成棱角状小块。在煤层中常呈透镜状或条带状。在种煤岩成分中镜煤的挥发分高黏结性强。亮煤是最常见的煤岩成分不少煤层以亮煤为主组成较厚的分层甚至整个煤层。它的光泽仅次于镜煤较脆内生裂隙也较发育但程度次于镜煤密度较小有时也有贝壳状断口。亮煤的均一程度不如镜煤表面隐约可见细微的纹理。显微镜下观察亮煤组成以镜质组为主含有一定数量的惰质组和壳质组。暗煤一般呈灰黑色光泽暗淡密度大内生裂隙不发育断面粗糙致密坚硬具韧性。常以较厚的分层出现甚至单独成层。显微镜下观察暗煤的组成复杂多样其第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论特征和性质取决于显微组成。富含惰质组的暗煤往往略带丝绢光泽挥发分低黏结性弱富含壳质组的暗煤略带油脂光泽挥发分和含氢量较高黏结性较好含大量矿物的暗煤则密度大灰分产率高。丝炭外观像木炭颜色灰黑具有明显的纤维状结构和丝绢状光泽。它疏松多孔性脆易碎能染指。丝炭的空腔常被矿物充填成矿化丝炭坚硬致密密度大。在煤层中一般丝炭的数量不多常呈扁平透镜状沿层理面分布大多厚~mm到几个毫米有时也能形成不连续的薄层。丝炭的氢含量低碳含量高不具黏结性由于孔隙度大吸氧性强容易受氧化而自燃。()烟煤的宏观煤岩类型 宏观煤岩类型是按煤的总体相对光泽划分的类型。它是煤岩成分的自然共生组合的反映。中国通常用宏观煤岩类型作为肉眼观察研究煤层的单位共划分为光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤种类型。宏观煤岩类型划分依据是根据煤中“光亮成分”镜煤和亮煤在分层中的含量及其反映出来的总体相对光泽强度(见表-)。表- 宏观煤岩类型的划分指标宏观煤岩类型代码划分指标总体相对强度光亮成分含量/%宏观煤岩类型代码划分指标总体相对强度光亮成分含量/%光亮煤BC强〉半亮煤SDC较弱〉~半亮煤SBC较强〉~暗淡煤DC暗淡≤()褐煤的岩石类型 按煤化程度褐煤可分为软褐煤、暗褐煤和亮褐煤个煤级。其中暗褐煤和亮褐煤通称为硬褐煤。这种分级原为德国所提出国际上比较通用。亮褐煤的宏观特征与烟煤相近因此可以借用烟煤的宏观分类术语。对软褐煤的岩石类型划分方案较多不同方案的分类原则不尽相同。国际煤岩学会(ICCP)于年发表了褐煤的岩石类型的分类方案(见表-)这个分类方案根据褐煤中主要包体的性质划分出木质煤、碎屑煤、丝质煤和富矿物质煤种岩石类型组。由于在描述野外剖面和手标本时所得的结论还不能令人满意因此该方案未能确定各种岩石类型所含包体的数量界限。在碎屑煤中按结构分为条带状煤和非条带状煤两种岩石类型然后再根据煤的颜色、腐殖化程度、凝胶化程度和腐植凝胶含量细分为“种”。第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论wwwbzfxwcom表- 褐煤的岩石类型组合岩石类型分类方案岩石类型组(组成成分)岩石类型(结构)岩石类型的种(凝胶化程度、腐殖化程度、腐植凝胶含量)碎屑煤(attriticcoal)条带状煤褐色凝胶化煤黑色凝胶化煤非条带状煤黄色非凝胶化煤褐色弱凝胶化煤黑色凝胶化煤木质煤(xyliticcoal)丝质煤(fusiticcoal)富矿物质煤(mineralrichcoal).煤的宏观结构和构造煤的宏观结构是指煤岩成分的形态、大小所表现的特征最常见的有以下几种。()条带状结构 煤岩成分多呈条带在煤层中相互交替组成条带状结构。按条带的宽度可分为:细条带状宽~mm中条带状宽~mm宽条带状大于mm。条带状结构在烟煤中表现明显尤其在半亮煤和半暗煤中最常见。()线理状结构 镜煤、丝炭及黏土矿物等常以厚度小于mm的线理断续分布在煤层中呈现出线理状结构常见于半暗煤、暗淡煤。()透镜状结构 镜煤、丝炭及黏土矿物、黄铁矿透镜体散布在比较均一的暗煤或亮煤中呈现透镜状结构常见于半暗煤、暗淡煤。()均一状结构 组成较均一。镜煤的均一状结构较典型某些腐泥煤、腐植腐泥煤也具有均一状结构。()粒状结构 由于煤中散布着大量壳质组组分或矿物而呈粒状。某些暗淡煤中含有大量小孢子和树皮体而呈粒状结构有些半亮煤中含有同生黄铁矿而呈粒状结构。此外还可见到木质结构多见于褐煤中的木煤和低煤化烟煤中的镜煤纤维状结构见于丝炭叶片状结构当煤中大量的角质层沿层面分布具有纤细的页理能分成叶片状或纸状中国泥盆纪角质残植煤具有典型的叶片状结构。层理是煤层的主要构造标志。层理的显示在相当程度上与古泥炭在成岩作用过程中的变化有关。最常见的是水平层理偶见波状(微波状)层理和斜波状层理。层理不显的称为块状构造。块状构造的煤外观均一致密。腐泥煤、腐植腐泥煤常见块状构造有些暗淡煤也具有块状构造。第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论二、煤的显微组成在显微镜下才能识别的煤中基本有机组成单元称为显微组分。煤中的矿物质是煤中无机组成部分。显微镜下通常用两种方法鉴定煤片:一种是透射光下观察煤的薄片鉴定标志主要是透光色、形态和结构等另一种是在反射光下观察煤的光片和煤砖光片鉴定标志除反射色、形态和结构外还有突起等。反射光下常用油浸物镜进行观察。世纪年代以后广泛使用了荧光显微镜发现了一些新的仅在荧光下才能识别的显微组分获得了荧光色、荧光强度、荧光变化的新的标志深化了对显微组分的认识。在涉及到显微组分的组成、超微结构等研究时应用电子显微镜和电子探针等微束分析亦取得了良好的效果。.国际硬煤的显微组分分类国际煤岩学会(ICCP)的硬煤显微组分分类方案是国际上广泛应用的分类已被国际标准化组织(ISO)在煤岩分析中采用适用于烟煤和无烟煤。该分类将所有的显微组分分为个组:镜质组、壳质组和惰性组。每个组都包括一系列成因物理性质和化学工艺性质相近的显微组分(表-)但个显微组分组之间在其化学成分和性质上有相当明显的区别。表- 国际硬煤显微组分分类显微组分组(groupMaceral)显微组分(maceral)显微亚组分①(submacerai)显微组分种②(maceralVariety)镜质组(vitrinite)结构镜质体(telinite)结构镜质体-(Telinite)结构镜质体-(Telinite)科达树结构镜质体(cordaitotelinite)真菌结构镜质体(eun-gotelinite)木质结构镜质体(xy-lotenite)鳞木结构镜质体(|epidophytotelinite)封印木结构镜质体(sigillariotelinite)无结构镜质体(eollinite)均质镜质体(telocollinite)团块镜质体(corpocollinite)胶质镜质体(gelocollinite)基质镜质体(desmocollinite)镜屑体(vitrodetrinite)第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论wwwbzfxwcom续表显微组分组(groupMaceral)显微组分(maceral)显微亚组分①(submacerai)显微组分种②(maceralVariety)壳质组(exinite)孢子体(sporinite)薄壁孢子体(tenuis-porinite)厚壁孢子体(crassis-porinite)小孢子体(microspori-nite)大孢子体(macrospori-nite)角质体(eutinite)树脂体(resinite)镜质树脂体(colloresinite)木栓质体(suberinite)藻类体(alginite)结构藻类体(telalginite)皮拉藻类体(Pila-al-ginite)轮奇藻类体(Reinchia-alginite)层状藻类体(lamialgenite)荧光体(fluorinite)沥青质体(bituminite)渗出沥青体(exsudatinite)壳屑体(iptodetrinite)惰质组(inertinite)半丝质体(semifunite)丝质体(funite)火焚丝质体(pyrofusinite)氧化丝质体(degradofusinite)粗粒体(maerinite)菌类体(sclerotinite)真菌菌类体(fungosclero-tinite)密丝组织体(plectenchyminite)团块菌类体(corposcle-rotinite)假团块菌类体(pseu-docorposclerotinite)微粒体(mierinite)惰屑体(inertodetrnite)  ①术语不够完善随研究深入进一步加以补充。②引自《中国煤岩学》。据E.Stach《斯塔赫煤岩学教程》年版并按年有关规定增补。第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论当显微组分中按其形态和结构可判断成因时可分出显微亚组分。例如丝质体中细胞结构保存良好起源于森林火灾的称为火焚丝质体细胞结构保存较差来源于木材降解的称氧化丝质体。当显微组分按其结构可识别出成煤植物的门类、器官、组织等属性时可细分为不同的显微组分种如结构镜质体中所划分的那样。.中国烟煤的显微组分分类(GB/T-)中国烟煤显微组分分类是总结了中国煤岩工作的经验等效采用了国际标准ISO:制定的。该分类采用成因与工艺性质相结合的原则以显微镜油浸反射光下的特征为主结合透射光和荧光特征进行分类。首先根据煤中有机成分的颜色、反射力、突起、形态、结构特征划分出显微组分组再根据细胞结构保存程度、形态、大小以及光性特征的差别将显微组分组进一步划分为显微组分和显微亚组分。中国烟煤显微组分分类见表-其中包括个显微组分组、个显微组分、个显微亚组分。与国际硬煤显微组分分类的区别在于:没有进一步划分显微组分种在惰质组中删去了菌类体增加了真菌体和分泌体在壳质组中增加了树皮体。表- 中国烟煤显微组分分类显微组分组(maceralgroup)代号(symbol)显微组分(maceral)代号(symbol)显微亚组分(submaceral)代号(symbol)镜质组(vitrinite)V结构镜质体(telinite)T结构镜质体(telinitel)结构镜质体(telinite)TT无结构镜质体(collinite)C均质镜质体(telocollinite)基质镜质体(desmocollinite)团块镜质体(corpocollinite)胶质镜质体(gelocollinite)CCCC碎屑镜质体(vitrodetrinite)Vd惰质组(inertinite)I丝质体(fusinite)F火焚丝质体(pyrofusinite)氧化丝质体(degradofisinite)FF半丝质体(semifusinite)Sf真菌体(funginite)Fu分泌体(secrenite)Se粗粒体(macrinite)Ma微粒体(micrinite)Mi碎屑惰质体(inertodetrinite)Id第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论wwwbzfxwcom续表显微组分组(maceralgroup)代号(symbol)显微组分(maceral)代号(symbol)显微亚组分(submaceral)代号(symbol)壳质组(exinite)E孢粉体(sporinite)Sp大孢子体(macrosporinite)小孢子体(microsporinite)SpSp角质体(cutinite)Cu树脂体(resinite)Re木栓质体(suberinite)Sub树皮体(barkinite)Ba沥青质体(bituminite)Bt渗出沥青质体(exsudatinite)Ex荧光体(fluorinite)F藻类体(alginite)Alg结构藻类体(telalginite)层状藻类体(amalginite)AlgAlg碎屑壳质体(liptodetrinite)Ed.褐煤的显微组分分类褐煤在世界煤炭储量中占有相当大的比例。中国内蒙东部、云南第三纪煤田的褐煤占该地区储量的大部分而且褐煤煤田多属于巨厚煤层宜于露天开采有极大的经济价值。显微组分分类是研究褐煤组成和性质的基础中国目前尚未建立自己的分类系统大多应用国际煤岩学委员会的褐煤显微组分分类(表-)。该分类中的腐植组、稳定组和情质组分别与硬煤分类中的镜质组、壳质组和惰质组相当。表- 国际褐煤显微组分分类显微组分组(groupmaceral)显微组分亚组(maceralsubgroup)显微组分(maceral)显微组分亚组(maceralsubgroup)腐植组(huminite)结构腐植体(humotelinite)结构木质体(textinite)腐木质体(ulminite)结构腐木质体(texto-ulminite)充分分解腐木质体(Euulminite)碎屑腐植体(humodetrinite)细屑体(attrinite)密屑体(densinite)无结构腐植体(humocollinite)凝胶体(gelinite)多孔凝胶体(porigelinite)均匀凝胶体(evigelinite)团块腐植体(corpohuminite)鞣质体(phlobaphinite)假鞣质体(Pseudo-phlobaphi-nite)第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论续表显微组分组(groupmaceral)显微组分亚组(maceralsubgroup)显微组分(maceral)显微组分亚组(maceralsubgroup)稳定组(liptinite)孢粉体(sporinite)角质体(cutinite)树脂体(resinite)木栓质体(subenite)藻类体(alginite)叶绿素体(chlorophylinite)沥青质体(bituminite)惰质组(inertinite)丝质体(fusinite)半丝质体(semifusinite)粗粒体(macrinite)菌类体(sclerotinite)碎屑惰质体(inertodetrinite)褐煤腐植组与硬煤镜质组组分和亚组分的对比见表-。表- 褐煤腐植组与硬煤镜质组的对比褐煤硬煤组亚组组分亚组分亚组分组分组腐植组结构腐植体碎屑腐植体无结构腐植体结构木质体腐木质体细屑体密屑体凝胶体团块腐植体结构腐木质体充分分解腐木质体均匀凝胶体碎屑凝胶体均质疑胶体纯凝胶体多孔凝胶体鞣质体假鞣质体结构镜质体-结构镜质体-基质镜质体均质镜质体胶质镜质体团块镜质体结构镜质体碎屑镜质体无结构镜质体镜质组第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论wwwbzfxwcom.显微组分的化学性质在煤的三大显微组分组中镜质组是世界大多数煤田煤中最主要的显微组分也是决定煤的工艺性质的主要成分镜质组的化学性质随煤化程度的增长变化规律很明显因此研究较多。镜质组与惰质组相比挥发分、氢含量、氧含量高同时水分、氮含量、焦油产率亦高。在煤化过程中随着煤级增高镜质组的挥发分、氧含量、氢碳原子比和氧碳原子比明显减少而碳含量、芳香度增高。由于反射率和挥发分这两个参数都与镜质组结构单元的芳构化程度有关因而烟煤中镜质组的反射率增高和挥发分降低的程度几乎相同都是很好的煤级指标。在煤化过程中镜质组随着芳香稠环侧链羟基、羧基、甲氧基、羰基以及环氧的脱落和芳香稠环缩合程度的增高碳含量随之增高。但在镜质组的Romax从.%~.%范围内碳含量不过增高%左右与挥发分相比碳含量是个比较差的煤级指标镜质组的氢含量在低等煤级煤中大致相近一般低于%从中煤级烟煤开始明显减少到无烟煤阶段由于甲烷析出增多氢含量急剧降低而成为区分无烟煤煤级的辅助指标。值得注意镜质组的化学性质受聚煤环境和成煤植物的影响明显中国不同成煤时代和聚煤盆地的煤虽然煤级相同但其化学组成和工艺性质有一定的差异。由中国鄂尔多斯侏罗纪煤田的镜质组与同煤级其他镜质组相比往往挥发分和氢含量偏低而芳香度偏高。而中国华北、华东太原组煤层中镜质组的挥发分、氢含量、黏结性明显高于山西组煤层中的镜质组(表-)。表- 中国煤中镜质组(腐木质体)的工业分析和元素分析的数据①产地时代镜质组反射率Ro.max/%(质量分数)Vdaf/%(质量分数)Cdaf/%(质量分数)Hdaf/%(质量分数)Odaf/%(质量分数H/C原子比fa芳香度资料来源云南昭通N.②.....任德贻甘肃大滩J.......吴传荣等内蒙元宝山平庄J-K.l.....刘雁来陕四柙木宙冢沟J.......马雪梅辽宁抚顺西露天E.......许绍春辽宁抚顺老虎台E.......许绍春辽宁抚顺龙风E.......许绍春云南曲靖小冲沟P.......叶道敏等贵州水城大河边P.......叶道敏等江西乐平鸣山P.......陈晴山西平朔C-P.......谢克昌四川广旺广元T.......叶道敏等山西大同云冈J.......杜铭华等山西蒲县东河P.......李太任第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论续表产地时代镜质组反射率Ro.max/%(质量分数)Vdaf/%(质量分数)Cdaf/%(质量分数)Hdaf/%(质量分数)Odaf/%(质量分数H/C原子比fa芳香度资料来源云南曲靖大庆一井P.......叶道敏等贵州水城老鹰山P.......叶道敏等四川梁平邵新T.......叶道敏等黑龙江鹤岗兴山J.②......史美仁等四川达竹铁山南T.......叶道敏等.云南富源补木P.......叶道敏等贵州水城汪家寨P.......叶道敏等河北峰峰三矿P.②......史美仁等贵州水城木冲沟P...l....叶道敏等四川广旺旺苍J...l....叶道敏等贵州盘县火铺P......李敏锐云虏富源乐乌P.......叶道敏等贵州六枝地宗P.......叶道敏等河南临汝朝川P.....③..肖贤明河北峰峰五矿P.......史美仁等四川攀枝花太平T.......叶道敏等河北峰峰四矿P.......史美仁等云南恩洪二井P.....l..叶道敏等贵州六枝四角田P.......叶道敏等四川攀枝花大宝鼎T.......叶道敏等河南临汝庇山P.....③..肖贤明河南新密新登P.....③..肖贤明.河南新密米村P....l.③..肖贤明河南焦作焦西P.....③..肖贤明河南济源克井P.....③..肖贤明宁夏汝其构J.......吴传荣等  ①引自《中国煤岩学》并加以补充。②代表参考值。③此值系Odaf+Sdaf之和。在三大显微组分组中情质组的挥发分、氢含量和氢碳原子比最低而碳含量最高。在煤化过程中随着煤级增高情质组的挥发分、氢含量、氧含量、氢碳原子比亦第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论wwwbzfxwcom降低碳含量、芳香度增高但与镜质组相比其变化幅度小(表-)。表- 中国煤中惰质组的工业分析和元素分析数据产地时代镜质组反射率Ro.max/%(质量分数)Vdaf/%(质量分数)Cdaf/%(质量分数)Hdaf/%(质量分数)Odaf/%(质量分数)H/C原子比fa芳香度资料来源云南昭通N.①.....任德贻陕西神木雷家沟J.......马霄梅山西平朔C-P.......谢克昌山西大同云冈J.......杜铭华等黑龙江鹤岗兴山J.......史美仁等  ①代表参考值。在三大组中壳质组化学性质的特点是挥发分和氢含量最高氢碳原子比大多在以上而芳香度低。在中煤级烟煤中壳质组的化学性质变化很快逐渐与镜质组的化学性质趋于一致(表-)。表- 中国煤中壳质组的工业分析和元素分析数据①产地时代显微组分镜质组反射率Ro.max/%(质量分数)Vdaf/%(质量分数)Cdaf/%(质量分数)Hdaf/%(质量分数)Odaf/%(质量分数)H/C原子比fa芳香度显微组分纯度/%资料来源山东兖州兴隆庄Pl孢子体.②......庞博等四川攀枝花大麦地D角质体.l....工延斌辽宁抚顺西露天矿E树脂体.②......史美仁等云南华坪白沙坪D角质体......王延斌山西轩岗C孢子体.②......史美仁等山西河曲C角质体......(手选)李太任山西轩岗C角质体......(手选)李太任山西浑源C藻类体.......李太任山西蒲县东河P藻类体.②......中国科学院化学所云南曲靖小冲沟P树皮体.......叶道敏等贵州水城大河边P树皮体.......叶道敏等江西乐平鸣山P树皮体.......陈暗贵州水城老鹰山P树皮体.......叶道敏等云南曲靖大庆一井P树皮体.......叶道敏等第一篇 现代煤炭转化与煤化工总论续表产地时代显微组分镜质组反射率Ro.max/%(质量分数)Vdaf/%(质量分数)Cdaf/%(质量分数)Hdaf/%(质量分数)Odaf/%(质量分数)H/C原子比fa芳香度显微组分纯度/%资料来源江西乐平钟家山P树皮体......陈晴云南富源补木P树皮体.......l叶道敏等贵州盘县老屁基P树皮体......李敏锐贵州盘县火铺P树皮体......李敏锐  ①引自《中国煤岩学》并加以补充。②代表参考值。三、煤的显微煤岩类型显微煤岩类型是显微镜下所见各组(种)显微组分的组合。国际煤岩学委员会(ICCP)的显微煤岩类型分类在国际煤岩学界中应用广泛也是中国所采用的标准(表-)。由于该分类的目的主要是研究煤的工艺性质和用途规定各种显微煤岩类型条带状的最小宽度为μm和最小覆盖面积为μm×μm以镜质组、壳质组和惰质组含量百分比来划分类型。显微煤岩类型按显微组分的组合情况可分为单组分组类型、双组分组类型和三组分组类型种。属单组分组的是指只有一组显微组分占绝对优势(>%)的显微煤岩类型其中仅含很少量的(<%)其他有机组分如微镜煤、微壳煤、微惰煤。属双组分组的则是两种显微组分之和大于%且其中每一组的含量必须大于%如微亮煤、微镜惰煤和微暗煤。由于这两种显微组分含量比例变化很大影响煤的工艺性质所以根据占主体的显微组分加以命名。例如微亮煤中以镜质组为主时称微镜亮煤壳质组为主时称微壳亮煤。在属三组分组的显微煤岩类型中种显微组分组的含量都大于%其中V>I、E的称微暗亮煤I>V、E的称微亮

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